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原文传递基于谐振式传感器的生化检测系统及检测方法

专利名称：	基于谐振式传感器的生化检测系统及检测方法
摘要：	一种基于谐振式传感器的生化检测系统及检测方法。生化检测系统包括：传感芯片组件，包括第一微流体腔和MEMS谐振式传感器芯片，MEMS谐振式传感器芯片的悬臂梁能够吸附流经第一微流体腔的待测物；微流道及驱动组件，用于驱动含待测物的样品液进入传感芯片组件的第一微流体腔，对经过第一微流体腔后流出的样品液进行收集；电路及检测组件，用于接收传感芯片组件的输出信号，并对输出信号进行处理，以获取悬臂梁在吸附待测物前后的频率变化来计算待测物的质量；以及系统控制组件，用于对除系统控制组件外的其余组件进行信号收发控制。本发明还公开了一种基于此生化检测系统的检测方法，能够实现对病原微生物等进行高灵敏、快速检测。
专利类型：	发明专利
申请人：	中国科学院半导体研究所
发明人：	王栎皓;朱银芳;赵俊元;李金潮;杨晋玲;杨富华
专利状态：	有效
申请日期：	1900-01-20T07:00:00+0805
发布日期：	1900-01-20T22:00:00+0805
申请号：	CN202010015868.4
公开号：	CN111190022A
代理机构：	中科专利商标代理有限责任公司
代理人：	吴梦圆
分类号：	G01N35/00;G01N5/02;G01G3/16;G;G01;G01N;G01G;G01N35;G01N5;G01G3;G01N35/00;G01N5/02;G01G3/16
申请人地址：	100083 北京市海淀区清华东路甲35号
主权项：	1.一种基于谐振式传感器的生化检测系统，其特征在于，包括传感芯片组件、微流道及驱动组件、电路及检测组件以及系统控制组件，其中：传感芯片组件，包括第一微流体腔和MEMS谐振式传感器芯片，所述MEMS谐振式传感器芯片的悬臂梁能够吸附流经所述第一微流体腔的待测物；微流道及驱动组件，通过流体接口连接至所述传感芯片组件，用于驱动含待测物的样品液进入所述传感芯片组件的第一微流体腔，对经过所述第一微流体腔后流出的样品液进行收集；电路及检测组件，通过电学接口连接至所述传感芯片组件，用于接收所述传感芯片组件的输出信号，并对所述输出信号进行处理，以获取悬臂梁在吸附所述待测物前后的频率变化来计算待测物的质量；系统控制组件，与所述生化检测系统除系统控制组件外的其余组件通过电学接口连接，用于对所述除系统控制组件外的其余组件进行信号收发控制。 2.根据权利要求l所述的生化检测系统，其特征在于，所述传感芯片组件还包括第二微流体腔，位于所述第一微流体腔和微流道及驱动组件之间，在所述含待测物的样品液进入所述传感芯片组件的第一微流体腔之前，通过所述第二微流体腔对所述样品液进行预处理。 3.根据权利要求2所述的生化检测系统，其特征在于，所述第二微流体腔是由一顶盖片和一芯片上流道叠加而形成，所述第一微流体腔是由所述芯片上流道、所述MEMS谐振式传感器芯片和一芯片下流道叠加而形成。 4.根据权利要求3所述的生化检测系统，其特征在于，所述传感芯片组件还包括底盖片、电学基板、驱动器件、温控器件、封装基体；其中：底盖片，位于所述芯片下流道的远离所述芯片上流道的一侧，用于将所述第一微流体腔及第二微流体腔与所述传感芯片组件的其他部件相隔离；电学基板，用于连接所述MEMS谐振式传感器芯片和外围电路；驱动器件，用于驱动所述MEMS谐振式传感器芯片的悬臂梁；温控器件，用于对所述MEMS谐振式传感器芯片的工作温度进行调整；封装基体，用于作为所述传感芯片组件封装形成芯片封装体的基体。 5.根据权利要求1所述的生化检测系统，其特征在于，所述微流道及驱动组件还用于驱动样品液在所述第一微流体腔内往返流动，使样品液与MEMS谐振式传感器芯片的悬臂梁充分反应，驱动一清洗液进入所述传感芯片组件的第一微流体腔而进行清洗，以及在清洗后对所述传感芯片组件的第一微流体腔进行干燥。 6.根据权利要求5所述的生化检测系统，其特征在于，所述微流道及驱动组件包括至少一多通电磁阀、至少一储液瓶、蠕动泵、真空泵、微流体管路以及管路接头，其中：储液瓶，用于储存所述清洗液或者自所述第一微流体腔流出的清洗液或样品液；蠕动泵，用于驱动样品液或所述储液瓶中的清洗液进入所述第一微流体腔，并经所述第一微流体腔流出清洗液或样品液至所述储液瓶；微流体管路，通过管路接头对接而在所述储液瓶和第一微流体腔之间形成样品液或清洗液的流道；真空泵，与所述流道连通，用于对所述流道和第一微流体腔进行干燥；多通电磁阀，设置于所述微流体管路上，用于控制所述流道的通断。 7.根据权利要求1所述的生化检测系统，其特征在于，所述传感芯片组件的输出信号为正弦信号，所述电路及检测组件对所述正弦信号进行放大、相位调制、波形调整、锁相处理以及频率计算，并反馈回所述传感芯片组件，作为对所述MEMS谐振式传感器芯片的悬臂梁的驱动信号，实现闭环控制。 8.根据权利要求1所述的生化检测系统，其特征在于，所述系统控制组件包括微型处理器。 9.根据权利要求1所述的生化检测系统，其特征在于，所述生化检测系统还包括显示交互组件、网络通信组件、微型打印组件和机械组件，其中：显示交互组件，包括触控屏和控制按钮，用于向所述系统控制组件输入用户控制指令，以及接收所述系统控制组件的驱动及控制信号而进行数据显示；网络通信组件，包括wifi模块、蓝牙收发模块和USB接口，用于接收系统控制组件的驱动及控制信号，而与外部设备进行网络通信以及数据输出；微型打印组件，包括微型打印模块，用于接收所述系统控制组件的驱动及控制信号，而将电路及检测组件输出的处理结果进行打印输出；机械组件，包括隔离部件和物理接口，其中：隔离部件，用于将所述生化检测系统除机械组件外的其余组件进行功能隔离；物理接口，用于提供所述除机械组件外的其余组件的安装接口或与外部设备的连接接口。 10.一种生化检测方法，其特征在于，使用如权利要求1-9中任一项所述的基于谐振式传感器的生化检测系统，所述生化检测方法包括以下步骤：步骤S1、将含待测物的样品液进样至传感芯片组件，并连接所述传感芯片组件与微流道及驱动组件的流体接口和与电路及检测组件的电学接口，使所述传感芯片组件接入生化检测系统中；步骤S2、通过电路及检测组件测量所述传感芯片组件中MEMS谐振式传感器芯片的悬臂梁的初始频率f1；步骤S3、驱动所述样品液进入所述传感芯片组件的第一微流体腔，在所述悬臂梁对所述待测物充分吸附后，将所述样品液排出所述第一微流体腔；步骤S4：使用清洗液流经所述第一微流体腔，之后对所述第一微流体腔进行干燥，从而完成对所述MEMS谐振式传感器芯片的悬臂梁的清洗、干燥；步骤S5、通过电路及检测组件测量所述MEMS谐振式传感器与待测物吸附作用后的频率f2；步骤S6、根据计算待测物的质量Δm，其中m为悬臂梁的有效质量。
所属类别：	发明专利